艾滋病毒通過細(xì)胞間直接接觸傳播

像人類免疫缺陷病毒(HIV)這樣的病原體的傳播常常是在試管中（即在二維細(xì)胞培養(yǎng)中）進(jìn)行研究的，盡管它幾乎不能反映人體中更為復(fù)雜的情況。而近日海德堡大學(xué)的一個(gè)跨學(xué)科的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)利用創(chuàng)新的細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)、定量圖像分析和計(jì)算機(jī)模擬，探索了艾滋病毒如何在三維組織樣環(huán)境中傳播。研究人員的結(jié)果表明，這種組織結(jié)構(gòu)迫使病毒通過細(xì)胞間的直接接觸傳播。

盡管經(jīng)過30多年的研究，但艾滋病毒許多關(guān)鍵方面（如艾滋病毒如何傳播）仍然不為人知。這些尚未解決的問題之一涉及病毒與人體環(huán)境之間的相互作用。傳統(tǒng)上認(rèn)為，受感染的細(xì)胞釋放病毒顆粒，然后擴(kuò)散，最終感染其他細(xì)胞。但也有可能病毒顆粒通過密切接觸直接從一個(gè)受感染的細(xì)胞轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)胞。到目前為止，還不清楚哪些傳播方式在組織中普遍存在。海德堡大學(xué)醫(yī)院(Heidelberg University Hospital)綜合傳染病研究中心(CIID)的研究主任Oliver Fackler教授解釋說："實(shí)驗(yàn)室中關(guān)于艾滋病毒復(fù)制的研究大多是在簡單的塑料培養(yǎng)皿中進(jìn)行的細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)并不反映組織的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和異質(zhì)性。"

海德堡大學(xué)的研究人員在他們的研究方法中考慮到所謂的CD4 T輔助細(xì)胞(HIV病毒感染的首選細(xì)胞類型)在生理環(huán)境中具有高度的運(yùn)動(dòng)性。他們使用了一種新的細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)，在膠原蛋白的幫助下生成了一個(gè)三維支架。這使得研究人員可以在數(shù)周的過程中在組織樣的環(huán)境中維持細(xì)胞的移動(dòng)性，并監(jiān)測感染HIV-1的初級CD4 T細(xì)胞。利用這種創(chuàng)新的方法，研究人員測量了許多因素，這些因素表征了細(xì)胞活力、病毒復(fù)制和CD4 T輔助細(xì)胞的逐漸喪失。"這產(chǎn)生了一組非常復(fù)雜的數(shù)據(jù)，如果沒有其他學(xué)科科學(xué)家的幫助，這些數(shù)據(jù)是無法解釋的，" Andrea Imle博士解釋說道，她在CIID攻讀博士期間參與了這個(gè)項(xiàng)目。

在分析數(shù)據(jù)時(shí)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的科學(xué)家與來自圖像處理、理論生物物理學(xué)和數(shù)學(xué)建模領(lǐng)域的同事合作。他們一起能夠描述細(xì)胞和病毒的復(fù)雜行為，并在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬。這使得對決定HIV-1在這些三維培養(yǎng)中傳播的關(guān)鍵過程做出重要預(yù)測成為可能，而這一點(diǎn)在隨后的實(shí)驗(yàn)中得到了證實(shí)。海德堡大學(xué)理論物理研究所的Ulrich Schwarz教授說："我們跨學(xué)科的研究是一個(gè)很好的例子，說明實(shí)驗(yàn)和模擬的結(jié)合可以幫助定量分析一個(gè)復(fù)雜的生物過程。"

數(shù)據(jù)分析顯示，細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)的三維環(huán)境抑制了無細(xì)胞病毒的感染，同時(shí)促進(jìn)了病毒在細(xì)胞間的直接傳播。海德堡大學(xué)生物定量中心的Frederik Graw博士解釋說："我們的模型使我們能夠?qū)⒍痰膯渭?xì)胞顯微鏡膠片與長期的細(xì)胞數(shù)量測量相結(jié)合，從而估算細(xì)胞間接觸傳播感染所需的最小時(shí)間跨度。"研究人員希望這些發(fā)現(xiàn)將最終導(dǎo)致治療艾滋病的新方法。